Комп'ютерні мережі

Маршрутизація (Routing) — процес визначення маршруту прямування інформації між мережами. Маршрутизатор (або роутер від англ. router) приймає рішення, що базується на IP-адресі отримувача пакету. Для того, щоб переслати пакет далі, всі пристрої на шляху слідування використовують IP-адресу отримувача. Для прийняття правильного рішення маршрутизатор має знати напрямки і маршрути до віддалених мереж.

Є два типи маршрутизації:

• Статична маршрутизація — маршрути задаються вручну адміністратором.
• Динамічна маршрутизація — маршрути обчислюються автоматично за допомогою протоколів динамічної маршрутизації — RIP, OSPF, EIGRP, IS-IS, BGP, HSRP та ін, які отримують інформацію про топологію і стан каналів зв'язку від інших маршрутизаторів у мережі.

Оскільки статичні маршрути конфігуруються вручну, будь-які зміни мережної топології вимагають участі адміністратора для додавання і видалення статичних маршрутів відповідно до змін. У великих мережах підтримка таблиць маршрутизації вручну може вимагати величезних витрат часу адміністратора. У невеликих мережах це робити легше. Статична маршрутизація не має можливості масштабування, яку має динамічна маршрутизація через додаткові вимоги до налаштування і втручання адміністратора. Але і у великих мережах часто конфігуруються статичні маршрути для спеціальних цілей у комбінації з протоколами динамічної маршрутизації, оскільки статична маршрутизація є стабільнішою і вимагає мінімум апаратних ресурсів маршрутизатора для обслуговування таблиці.

Динамічні маршрути виставляються іншим чином. Після того, як адміністратор активізував і налаштував динамічну маршрутизацію за одним з протоколів, інформація про маршрути оновлюється автоматично в процесі маршрутизації після кожного отримання з мережі нової інформації про маршрути. Маршрутизатори обмінюються повідомленнями про зміни у топології мережі в процесі динамічної маршрутизації.

 

20.1. Протокол маршрутизації

Протокол маршрутизації - мережевий протокол, який використовується маршрутизаторами для визначення можливих маршрутів прямування даних в комп'ютерній мережі. Застосування протоколу маршрутизації дозволяє уникнути ручного введення всіх допустимих маршрутів, що, у свою чергу, знижує кількість помилок, забезпечує узгодженість дій усіх маршрутизаторів в мережі і полегшує працю адміністраторів.

Протоколи маршрутизації діляться на два види, що залежать від типів алгоритмів, на яких вони засновані (або можуть бути гібридними - поєднувати обидва підходи):

• Дистанційно-векторні протоколи, засновані на Distance Vector Algorithm (DVA);
• Протоколи стану каналу зв'язку, засновані на Link State Algorithm (LSA).
• Так само протоколи маршрутизації діляться на два види залежно від сфери застосування:
• Міждоменна маршрутизація;
• Внутрішньодоменна маршрутизація.

Дистанційно-векторні протоколи

• RIP — Routing Information Protocol;
• IGRP — Interior Gateway Routing Protocol (ліцензійний(пропрієтарний) протокол Cisco Systems);
• BGP — Border GateWay Protocol;
• EIGRP — Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (гібридний протокол — поєднує властивості дистанційно-векторних протоколів та протоколів стану каналу зв'язку; ліцензійний протокол Cisco Systems);
• AODV

Протоколи стану каналу зв'язку

• IS-IS — Intermediate System to Intermediate System (стек OSI);
• OSPF — Open Shortest Path First;
• NLSP — NetWare Link-Services Protocol (стек Novell);
• HSRP і CARP — протоколи резервування шлюзу у Ethernet-мережі.
• OLSR
• TBRPF

Протоколи міждоменної маршрутизації

• EGP
• BGP
• IDRP
• IS-IS level 3

Протоколи внутрішньодоменної маршрутизації

• RIP
• IS-IS level 1-2
• OSPF
• IGRP
• EIGRP

 

20.2. Таблиця маршрутизації

Таблиця маршрутизації (routing table)  — електронна таблиця (файл) або база даних, що зберігається на маршрутизаторі або мережевому комп'ютері, що описує відповідність між адресами призначення і інтерфейсами, через які слід відправити пакет даних до наступного маршрутизатора. Є найпростішою формою правил маршрутизації.

Таблиця маршрутизації зазвичай містить:

• Адресу мережі або вузла призначення, або вказівку, що маршрут є маршрутом за замовченням (default route)
• Маску мережі призначення (для IPv4-мереж маска / 32 (255.255.255.255) дозволяє вказати одиничний вузол мережі)
• Шлюз, що позначає адресу маршрутизатора в мережі, на яку необхідно надіслати пакет, що прямує до вказаної адреси призначення
• Інтерфейс (залежно від системи це може бути порядковий номер, GUID або символьне ім'я пристрою)
• Метрику — числовий показник, що задає перевагу маршруту. Чим менше число, тим кращий маршрут (інтуїтивно представляється як відстань).

У таблиці може бути один, а в деяких операційних системах і кілька шлюзів за замовченням. Такий шлюз використовується для мереж для яких немає більш конкретних маршрутів в таблиці маршрутизації.

 

20.3. Маска підмережі

Маска підмережі - двійкове число, яке містить одиниці в тих розрядах, які відносяться до розширеного мережевого префікса. Маска підмережі дозволяє поділити ІР-адресу на дві частини: номер підмережі та номер пристрою у цій підмережі.

Якщо маршрутизатори у мережі Internet використовують тільки мережний префікс адреси отримувача для передачі трафіку у організацію, то маршрутизатори всередині приватної мережі організації розширений мережний префікс для передачі трафіку індивідуальним підмережам. Розширеним мережним префіксом називають префікс мережі і номер підмережі.

Поняття розширеного мережного префікса, по суті, еквівалентно поняттю маска підмережі (subnet mask). Старші біти ІР-адреси використовуються робочими станціями і маршрутизаторами для визначення класу адреси. Після того, як клас визначений, пристрій може легко визначити межу між бітами, які використовувалися для ідентифікації номера мережі, і бітами номера пристрою у цій мережі. Однак для визначення межі бітів, які ідентифікують номер підмережі, така схема не підходить. Для цього саме і використовується 32-бітна маска підмережі, яка допомагає однозначно визначити необхідну межу.

Біти у масці підмережі повинні бути усталені в одиницю, якщо система, яка перевіряє адресу, повинна розглядати відповідний біт у ІР-адресі як частину мережного префікса. Після визначення класу ІР-адреси, будь-який біт у номері пристрою, який має відповідний усталений біт у масці підмережі, використовується для ідентифікації номера підмережі. Частина номера пристрою, що залишилася, і якій відповідають нульові біти у масці підмережі, використовуються для задання номера пристрою.

Документ RFC 1219 визначає основне правило, якому слід дотримуватися при привласнюванні номерів підмережам і пристроям. Номери підмереж призначаються таким чином, щоб старші біти у номері підмережі встановлювалися першими (тобто починаючи з крайньої лівої позиції). В той же час одиничні біти номерів пристроїв рекомендується встановлювати, починаючи з крайньої правої позиції. Отже, якщо дотримуватися цього правила, то на межі між номером підмережі і номером пристрою будуть існувати нульові невикористані біти. Це дозволяє змінити маску підмережі без зміни ІР-адреси, привласненої пристрою.

У мережі із підмережами можна використовувати два види широкомовлення: направлене і обмежене. Направлене широкомовлення використовується для передавання дейтаграми всім пристроям визначеної підмережі. Для відправки дейтаграми всім пристроям у всіх підмережах необхідно використати обмежене широкомовлення із адресою 255.255.255.255. Необхідно, однак, врахувати, що маршрутизатори не пропускають дейтаграми з такою адресою (тому таке широкомовлення називається обмеженим).

Номери мереж призначаються централізовано, якщо мережа є частиною Internet, або довільно, якщо мережа працює автономно. Номери вузлів і в тому і в іншому випадку адміністратор може призначати самостійно, не виходячи з дозволеного для цього класу мережі діапазону.

Координуючу роль у централізованому розподілі ІР-адрес спочатку відігравала організація InterNIC, однак із зростанням мережі задача розподілу адрес стала дуже складною, і InterNIC делегувала частину своїх функцій іншим організаціям і крупним постачальниками послуг Internet.

Якщо деяка ІР-мережа створена для роботи у "автономному режимі", без зв'язку з Internet, в стандартах Internet визначено декілька діапазонів адрес, рекомендованих для локального використання. Ці адреси не обробляються маршрутизаторами Internet ні за яких умов. Адреси, зарезервовані для локальних цілей, вибрані з різних класів: у класі А - це мережа 10.0.0.0, у класі В - це діапазон з 16 номерів мереж 172.16.0.0. - 172.31.0.0, у класі С - це діапазон з 255 мереж - 192.168.0.0. - 192.168.255.0.